一种物联网能量路由器的控制系统的制作方法

本实用新型涉及电力电子变流器以及通讯技术领域，特别涉及一种物联网能量路由器的控制系统。

背景技术：

目前有关能量路由器的研究主要集中在交流网、混合交流网，且大多集中在局域网和主干网，对低压直流微网的关注较少，且交流负载并网运行需同时满足波形、幅值、相位、相序、频率相同多个条件，并网过程较为复杂，而采用直流供电仅需满足电压大小相等，使得并网过程大大简化。同时，能量路由器目前主要应用于电力系统，在家庭供电系统中应用很少。此外，能量路由器将能量流与信息流高度融合，通过可靠快速的通信网络，实现网络中各个节点信息的共享，因此，将物联网与家庭供电系统结合，对家庭供电系统用电状况进行远程监测的能量路由器是未来智能电网的重要组成部分。

技术实现要素：

本实用新型的目的是提供一种基于直流母线的面向家庭供电系统的能量路由器，将物联网技术与家庭供电系统结合，使得能量路由器能对家庭供电系统实现远程监测。

为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案为一种物联网能量路由器的控制系统，其特征在于，包括：交流电网、三相交直流变流器、光伏电池、隔离DC-DC电路、蓄电池、第一buck-boost变压器、直流母线、第二buck-boost变压器、直流负载、单相逆变器、交流负载、多功能传感器、集中控制模块、4G通讯模块、客户端；

所述交流电网与所述三相交直流变流器通过导线连接；所述光伏电池与隔离DC-DC电路通过导线连接；所述蓄电池与所述第一buck-boost变压器通过导线连接；所述三相交直流变流器与所述直流母线通过导线连接；所述隔离DC-DC电路与所述直流母线通过导线连接；所述第一buck-boost变压器与所述直流母线通过导线连接；所述直流母线与所述第二buck-boost变压器通过导线连接；所述第二buck-boost变压器与所述直流负载通过导线连接；所述直流母线与所述单相逆变器通过导线连接；所述单相逆变器与所述交流负载通过导线连接；所述多功能传感器分别与所述的三相交直流变流器、隔离DC-DC电路、第一buck-boost变压器、第二buck-boost变压器、单相逆变器、集中控制模块通过导线依次连接；所述集中控制模块分别与所述的三相交直流变流器、隔离DC-DC电路、第一buck-boost变压器、第二buck-boost变压器、单相逆变器通过导线依次连接；所述集中控制模块与所述4G通讯模块通过导线连接；所述4G通讯模块与所述客户端通过无线通信方式无线连接。

所述交流电网用于提供三相交流电源；所述三相交直流变流器用于通过所述集中控制模块的控制将三相交流电整流为直流电；所述光伏电池用于提供光伏直流电源；所述隔离DC-DC电路用于实现光伏电池与直流母线间的电气隔离；所述蓄电池用于存储电能并提供直流电源；所述第一buck-boost变压器用于将蓄电池电压变换为与直流母线匹配的电压，将蓄电池电能汇入直流母线，或将直流母线电压变换为与蓄电池匹配的电压，从而对蓄电池充电；所述直流母线用于分配、汇总电能；所述第二buck-boost变压器用于将直流母线电压变换为与直流负载匹配的电压，从而对所述直流负载进行供电；所述单相逆变器用于将直流母线的直流电逆变为交流电，从而对所述交流负载进行供电；所述多功能传感器用于采集各模块的工作状态信息,各模块的工作状态信息包括所述交流电网经过所述三相交直流变流器变流之后的电压与电流信号、所述光伏电池经过所述隔离DC-DC电路变换之后的电压与电流信号、所述蓄电池经过所述第一buck-boost变压器变压之后的电压与电流信号、所述直流负载经过所述第二buck-boost变压器变压之后的电压与电流信号、所述交流负载经过所述单相逆变器变流之后的电压与电流信号以及所述直流母线的电压、电流信号；所述集中控制模块用于将各模块的工作状态信息传输至所述4G通讯模块；所述4G通讯模块用于将各模块的工作状态信息无线传输至所述客户端，从而使所述客户端可实时监测各模块的工作状态。

本实用新型将所述路由器在面向家用负载的能量路由器及其控制装置基础上，加入多功能传感器、集中控制模块、4G通讯模块与客户端采集家庭环境信息，构成该装置物联网功能，使之实现远程家庭供电系统工作状态监控。

本实用新型提出的能量路由器基于直流母线，能对各个的分布式能源进行能量汇总，避免了电网对于单个能量装置进行能量转换时产生的效率损失。同时将家用式能量路由器与物联网技术结合，能较为便捷的同时接入不同发电设备、储能设备、用电负载，并对各个模块的工作状态进行统一监测。

本实用新型的优点是面向家庭供电系统，且利用直流母线实现各功率模块的并行，同时实现对家庭供电系统工作状况的监测与管理。

附图说明

图1：为本实用新型系统结构框图；

图2：为本实用新型三相交直流变流器电路拓扑；

图3：为本实用新型隔离DC-DC电路拓扑；

图4：为本实用新型第一buck-boost变压器与第二buck-boost变压器电路拓扑；

图5：为本实用新型单相逆变器电路拓扑。

具体实施方式

为了便于本领域普通技术人员理解和实施本实用新型，下面结合附图及实施例对本实用新型作进一步的详细描述，应当理解，此处所描述的实施示例仅用于说明和解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

如图1所示，一种应用于智能家居的物联网能量路由器系统结构图，包括：交流电网、三相交直流变流器、光伏电池、隔离DC-DC电路、蓄电池、第一buck-boost变压器、直流母线、第二buck-boost变压器、直流负载、单相逆变器、交流负载、多功能传感器、集中控制模块、4G通讯模块、客户端。

所述交流电网与所述三相交直流变流器通过导线连接；所述光伏电池与隔离DC-DC电路通过导线连接；所述蓄电池与所述第一buck-boost变压器通过导线连接；所述三相交直流变流器与所述直流母线通过导线连接；所述隔离DC-DC电路与所述直流母线通过导线连接；所述第一buck-boost变压器与所述直流母线通过导线连接；所述直流母线与所述第二buck-boost变压器通过导线连接；所述第二buck-boost变压器与所述直流负载通过导线连接；所述直流母线与所述单相逆变器通过导线连接；所述单相逆变器与所述交流负载通过导线连接；所述多功能传感器分别与所述的三相交直流变流器、隔离DC-DC电路、第一buck-boost变压器、第二buck-boost变压器、单相逆变器、集中控制模块通过导线依次连接；所述集中控制模块分别与所述的三相交直流变流器、隔离DC-DC电路、第一buck-boost变压器、第二buck-boost变压器、单相逆变器通过导线依次连接；所述集中控制模块与所述4G通讯模块通过导线连接；所述4G通讯模块与所述客户端通过无线通信方式无线连接。

所述交流电网选型为三相交流市电；所述三相交直流变流器选型为由FS150R12KT4英飞凌三相igbt芯片构成的三相电压型桥式PWM整流电路；所述光伏电池选型为电压容限0-300V、电流容限0-45A；所述隔离DC-DC电路选型为由74LV245A中六个igbt构成的ZVS移相全桥电路；所述蓄电池选型为电压容限200V-280V，电流容限0-45A；所述第一buck-boost变压器、所述第二buck-boost变压器选型为由74LV245A中的两个igbt构成的升降压斩波电路；所述直流母线选型为电压容限209V-231V、电流容限0-45A；所述单相逆变器选型为由74LV245A中的四个igbt构成的单相桥式逆变电路；所述多功能传感器选型为ACS758ECB-200B-PFF-T电流霍尔传感器；所述集中控制模块选型ARM处理器STM32F417ZG；所述4G通讯模块选型为4G串口设备与网络服务器收发器USR-G780V2；所述客户端选型为PC机。

下面跟根据图1至图5介绍本实用新型的具体实施方式。

所述交流电网用于提供三相交流电源；所述三相交直流变流器用于通过所述集中控制模块的控制将三相交流电整流为直流电；所述光伏电池用于提供光伏直流电源；所述隔离DC-DC电路用于实现光伏电池与直流母线间的电气隔离；所述蓄电池用于存储电能并提供直流电源；所述第一buck-boost变压器用于将蓄电池电压变换为与直流母线匹配的电压，将蓄电池电能汇入直流母线，或将直流母线电压变换为与蓄电池匹配的电压，从而对蓄电池充电；所述直流母线用于分配、汇总电能；所述第二buck-boost变压器用于将直流母线电压变换为与直流负载匹配的电压，从而对所述直流负载进行供电；所述单相逆变器用于将直流母线的直流电逆变为交流电，从而对所述交流负载进行供电；所述多功能传感器用于采集各模块的工作状态信息,各模块的工作状态信息包括所述交流电网经过所述三相交直流变流器变流之后的电压与电流信号、所述光伏电池经过所述隔离DC-DC电路变换之后的电压与电流信号、所述蓄电池经过所述第一buck-boost变压器变压之后的电压与电流信号、所述直流负载经过所述第二buck-boost变压器变压之后的电压与电流信号、所述交流负载经过所述单相逆变器变流之后的电压与电流信号以及所述直流母线的电压、电流信号；所述集中控制模块用于将各模块的工作状态信息传输至所述4G通讯模块；所述4G通讯模块用于将各模块的工作状态信息无线传输至所述客户端，从而使所述客户端可实时监测各模块的工作状态。

所述三相交直流变流器能将所述交流电网的工频交流电逆变成为符合所述直流母线电压要求的直流电，将电能传输到直流母线；所述直流母线也可输出直流电经过所述三相交直流变流器逆变成为工频交流电，将电能回馈给电网。

当所述光伏电池的电能足以供给负载时，电能通过所述隔离DC-DC电路传输至所述直流母线对负载进行供电。

当所述蓄电池有盈余容量可以进行充电时，所述直流母线的直流电可经所述第一Buck-Boost变压器降压至所述蓄电池的充电电压进行充电；当所述蓄电池需要对负载进行供电时，所述蓄电池输出直流电压经所述第一Buck-Boost变压器升压将电能汇入所述直流母线，从而对负载进行供电。

当有所述直流负载需要供电时，电能经所述直流母线以及所述第二Buck-Boost压变压器对所述直流负载进行单向供电。

当有所述交流负载需要供电时，所述直流母线输出直流电经所述单向逆变器逆变成为交流电供给所述交流负载。

尽管本说明书较多地使用了交流电网、三相交直流变流器、光伏电池、隔离DC-DC电路、蓄电池、第一buck-boost变压器、直流母线、第二buck-boost变压器、直流负载、单相逆变器、交流负载、多功能传感器、集中控制模块、4G通讯模块、客户端等术语，但并不排除使用其他术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便的描述本实用新型的本质，把它们解释成任何一种附加的限制都是与本实用新型精神相违背的。

应当理解的是，本说明书未详细阐述的部分均属于现有技术。

应当理解的是，上述针对较佳实施例的描述较为详细，并不能因此而认为是对本实用新型专利保护范围的限制，本领域的普通技术人员在本实用新型的启示下，在不脱离本实用新型权利要求所保护的范围情况下，还可以做出替换或变形，均落入本实用新型的保护范围之内，本实用新型的请求保护范围应以所附权利要求为准。